姚苗苗， 林戰(zhàn)舉， 范星文， 蘭愛(ài)玉， 李文嬌

（1. 中國(guó)科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000； 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

0 引言

青藏高原是我國(guó)乃至全球中、低緯度地區(qū)高海拔多年凍土的主要分布區(qū)，多年凍土面積約為115.02×104km2［1］。青藏高原的多年凍土具有高溫高含冰量的特點(diǎn)［2］，其熱穩(wěn)定性差，對(duì)氣候變化和環(huán)境擾動(dòng)非常敏感［3］。高原過(guò)去2000 年以來(lái)溫度呈波動(dòng)升高的趨勢(shì)，20世紀(jì)是過(guò)去2000年中最溫暖的時(shí)期，凍土退化顯著［4］。青藏公路沿線(xiàn)多年凍土段三個(gè)氣象站（五道梁、沱沱河、安多）的觀測(cè)資料表明，過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)整體上呈暖濕化的發(fā)展趨勢(shì)，氣溫每年約以0.03 ℃的速率增加［5］。在此背景下，青藏高原的多年凍土呈現(xiàn)快速的退化狀態(tài)，突出的表現(xiàn)為水平方向的面積減少、融區(qū)范圍擴(kuò)大，以及在豎直方向上的活動(dòng)層厚度增加、年平均地溫升高、地下冰融化等［6］。多年凍土退化、融化的直接后果是熱喀斯特地貌快速發(fā)育［7］。

熱喀斯特地貌主要指多年凍土區(qū)地下冰融化對(duì)地表改變作用的過(guò)程，主要包括熱喀斯特湖塘、熱融滑塌、熱融沉陷、融凍泥流等［8］。熱喀斯特的快速發(fā)育是多年凍土響應(yīng)氣候及環(huán)境變化的指示器［4］，其中熱融滑塌是丘陵緩坡地帶最典型發(fā)育的熱喀斯特地貌之一。在凍土學(xué)詞典中，熱融滑塌又稱(chēng)溯源融流滑坡，是指在厚層地下冰分布的斜坡上，由人為活動(dòng)或自然因素造成地下冰暴露，在融化季節(jié)坑壁（滑塌后壁）地下冰發(fā)生融化，上部的融土失去支承而在自重作用下塌落，塌落的物質(zhì)掩蓋了滑塌前緣及兩側(cè)暴露冰層，但同時(shí)上方又有新的地下冰暴露，再次融化產(chǎn)生新的塌落，如此反復(fù)發(fā)展的過(guò)程［9］。由于滑塌是一塊一塊發(fā)生，所以滑塌體表面常呈臺(tái)階狀。熱融滑塌的發(fā)育不僅對(duì)寒區(qū)水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣候環(huán)境產(chǎn)生影響，也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有破壞作用［10-11］。

目前國(guó)際上對(duì)熱融滑塌的研究主要集中在加拿大、美國(guó)、俄羅斯等北極、亞北極地區(qū)［12-14］。這些區(qū)域熱融滑塌多分布于地下冰發(fā)育的海岸、河岸、湖岸，主要是由波浪的侵蝕作用導(dǎo)致地下冰融化。近期前國(guó)際凍土協(xié)會(huì)主席Antoni［15］基于長(zhǎng)時(shí)間序列的遙感資料，研究了加拿大北部Banks 島過(guò)去30 年（1984—2015）熱融滑塌的變化情況，及其發(fā)育速率與夏季氣候變暖的關(guān)系。在我國(guó)青藏高原上，熱融滑塌主要分布在高原中部丘陵緩坡上。最初的研究始于本世紀(jì)初，以青藏公路建設(shè)擾動(dòng)所致的里程K3035 的一處熱融滑塌為例，開(kāi)展了熱融滑塌發(fā)生的水熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究［16］。近年來(lái)隨著研究的深入，研究范圍也從單一點(diǎn)上的研究拓展到小區(qū)域，如北麓河盆地，并考慮熱融滑塌發(fā)育的環(huán)境因子，評(píng)價(jià)其易發(fā)性程度［17］。黃靈操等［18-20］在深度學(xué)習(xí)提取地物信息方面進(jìn)行了研究，基于遙感影像對(duì)北麓河地區(qū)的熱融滑塌提取進(jìn)行了嘗試。但高原中部的可可西里地區(qū)，由于范圍較大，高精度的歷史遙感資料較少且不易獲取，同時(shí)實(shí)地考察驗(yàn)證工作難度大，到目前為止該區(qū)域熱融滑塌的分布及其影響仍然沒(méi)有較全面的評(píng)估。

受第二次青藏高原科學(xué)考察項(xiàng)目資助，為了查清該區(qū)域多年凍土退化的致災(zāi)效應(yīng)，本研究基于目視解譯，詳細(xì)研究了可可西里8.3×104km2區(qū)域內(nèi)熱融滑塌的分布特征；并基于實(shí)地考察，討論了熱融滑塌可能引起的環(huán)境及工程災(zāi)害效應(yīng)。研究對(duì)該區(qū)域未來(lái)重大工程規(guī)劃、國(guó)家公園建設(shè)均具有重要指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

可可西里地區(qū)（圖1）位于青藏高原腹地，地處32°52′～36°16′ N、89°24′～94°18′ E 之間，南北分別以昆侖山脈、唐古拉山脈為界，東至青藏公路，西抵青海、西藏省界，總面積約為8.3×104km2。該區(qū)域是青藏高原平均海拔最高的地區(qū)，平均海拔達(dá)到5 000 m 以上，分布著連續(xù)的高溫高含冰量多年凍土。可可西里地勢(shì)相對(duì)平緩，起伏較小，地貌類(lèi)型呈明顯帶狀分布，主要走向?yàn)楸蔽魑鳌蠔|東，受到地質(zhì)構(gòu)造作用影響，可可西里地區(qū)分布著大面積山地，全區(qū)可分為昆侖山大起伏高山區(qū)、長(zhǎng)江源小起伏高山寬谷盆地區(qū)、東羌塘丘狀高原湖盆地、祖爾肯烏拉山中小起伏高山谷地區(qū)和唐古拉山極大起伏高山區(qū)［21］。

圖1 可可西里研究區(qū)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證路線(xiàn)Fig. 1 Study area of Hoh Xil and site verification route

可可西里地區(qū)氣候嚴(yán)寒干燥，年平均氣溫低于-4 ℃，有些區(qū)域甚至達(dá)到-10 ℃左右，年降雨量約300 mm。該區(qū)域土壤貧瘠，植被類(lèi)型以高寒草原和高寒草甸為主［22］，生長(zhǎng)期短，是青藏高原高寒草甸向高寒荒漠的過(guò)渡區(qū)［23］。該地區(qū)湖泊數(shù)量眾多，分布密集，水源補(bǔ)給主要有降水以及冰雪融水補(bǔ)給。受到氣候變化等外界因素?cái)_動(dòng)，近年來(lái)熱融湖塘在該區(qū)域也發(fā)育較多［24-25］。

2 數(shù)據(jù)和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

研究基于高分系列遙感影像進(jìn)行熱融滑塌空間分布解譯，高分影像具有豐富的地物信息和光譜信息。影像預(yù)處理過(guò)程由高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)甘肅數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心（簡(jiǎn)稱(chēng)為“高分中心”）處理完成，共選取可可西里地區(qū)2018—2019 年高分辨率、少云、少雪覆蓋的影像130幅，達(dá)到對(duì)研究區(qū)的全覆蓋。包含高分一號(hào)（GF1）、高分二號(hào)（GF2）、高分六號(hào)（GF6）和資源三號(hào)（ZY3）四款衛(wèi)星產(chǎn)品，其中高分二號(hào)影像分辨率0.8 m，高分一號(hào)和六號(hào)分辨率2 m，資源三號(hào)影像分辨率2.1 m。

研究中熱融滑塌分布區(qū)地形信息采用SRTM系統(tǒng)下的30 m 分辨率數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。SRTM 系統(tǒng)的地形產(chǎn)品數(shù)據(jù)是基于航天雷達(dá)影像的數(shù)據(jù)，對(duì)全球陸地表面覆蓋率達(dá)80%以上，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多次修正，目前修訂版本為V4.1?？梢栽赨SGS官網(wǎng)（https：//earthexplorer.usgs.gov）進(jìn)行下載。

2.2 數(shù)據(jù)處理

由于遙感成像過(guò)程中受到傳感器成像條件、大氣狀況、地面起伏以及地球曲率等多方面影響，導(dǎo)致遙感影像存在變形，成像結(jié)果與實(shí)際地物的位置、形狀等存在偏差，在使用前需對(duì)影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、正射校正、影像融合等預(yù)處理。高分中心基于泰坦超算平臺(tái)（Titan Image）對(duì)高分影像進(jìn)行配準(zhǔn)、多光譜與全色波譜影像融合和RPC 正射校正，在保持多光譜影像豐富信息的基礎(chǔ)上提高了影像分辨率與紋理信息［26］，保障了解譯精度。

2.3 目視解譯與驗(yàn)證

研究采用人工目視解譯法完成可可西里熱融滑塌分布信息提取。人工目視解譯是地學(xué)分析中的一種重要手段［27-28］，對(duì)解譯人員的依賴(lài)性較大，要求解譯人員具備野外經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)遙感信息分析和邏輯推理能力，在此基礎(chǔ)上根據(jù)遙感影像上地物的形態(tài)、色調(diào)、紋理、陰影等地物特征進(jìn)行解譯。目視解譯結(jié)果常作為驗(yàn)證機(jī)器解譯精度的參考標(biāo)準(zhǔn)，其準(zhǔn)確性也是機(jī)器解譯尚未超越的。研究區(qū)的熱融滑塌整體上多呈長(zhǎng)條狀、支岔形和多頭舌形［29］，因滑塌區(qū)發(fā)生活動(dòng)層塌陷下滑，與周?chē)貐^(qū)存在明顯邊界。同時(shí)滑塌體發(fā)生位移形變后，地貌完整性遭到破壞，活動(dòng)層下的土體和地下冰出露，滑塌區(qū)與周邊地帶土壤含水量及覆被存在差異，在遙感影像上滑塌區(qū)與周邊地區(qū)存在明顯色調(diào)差異。此外，滑塌體還會(huì)因堆積產(chǎn)生褶皺等紋理。這是因?yàn)闊崛诨l(fā)生地區(qū)一般坡度較緩，滑坡體下滑動(dòng)力較小，滑塌后緣的崩塌體以地下冰為滑墊面，活動(dòng)層下部的飽和黏土層與地下冰摩擦力小，滑動(dòng)速度快，滑塌前緣的堆積物逐漸堆積超出滑坡剪出口，摩擦增大滑動(dòng)速度減慢，同時(shí)滑塌后緣不斷崩塌、向下堆積擠壓在滑塌前緣處形成橫向褶皺。因地下冰融水經(jīng)常裹挾著泥沙沿坡面產(chǎn)生徑流，滑塌前緣多存在泥流物質(zhì)，受局部地形影響改變泥流下滑方向，遙感影像上呈現(xiàn)長(zhǎng)短不一的支岔狀。依據(jù)熱融滑塌在遙感影像上的形態(tài)、色調(diào)、紋理特點(diǎn)，將高分?jǐn)?shù)據(jù)加載到Arcmap 軟件上對(duì)熱融滑塌進(jìn)行矢量化，形成Shapefile文件。

解譯結(jié)果的驗(yàn)證是評(píng)估解譯準(zhǔn)確性的重要過(guò)程。由于可可西里地區(qū)條件惡劣，大部分區(qū)域考察無(wú)法到達(dá)，驗(yàn)證工作基本是局部驗(yàn)證，包括熱融滑塌數(shù)量與面積大小。為驗(yàn)證解譯結(jié)果的準(zhǔn)確性，2021 年1—9 月先后開(kāi)展了三次野外工作（圖1），深入可可西里腹地對(duì)沿線(xiàn)滑塌進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)量驗(yàn)證是通過(guò)把所到之處熱融滑塌實(shí)際發(fā)生的數(shù)量和解譯數(shù)量進(jìn)行對(duì)照。在可以到達(dá)的滑塌區(qū)域進(jìn)行了實(shí)地考察，距離較遠(yuǎn)，到達(dá)難度大的區(qū)域采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中勘探，科考過(guò)程中共驗(yàn)證滑塌個(gè)數(shù)263個(gè)，其中正確解譯出來(lái)的滑塌225 個(gè)。由于解譯所用的影像資料是2018—2019 年，實(shí)際考察是2021年進(jìn)行，在2019—2020年期間一些區(qū)域又發(fā)育了新的小型熱融滑塌或者存在個(gè)別漏解譯現(xiàn)象，如可可西里北部的錯(cuò)達(dá)日瑪一帶少解譯4 個(gè)，風(fēng)火山南坡的3 個(gè)熱融滑塌在遙感資料上并未顯示，可可西里南部的色務(wù)鄉(xiāng)有1 處為兩個(gè)發(fā)育中的泥流融合，此處解譯錯(cuò)誤，此外大部分解譯數(shù)量和實(shí)際數(shù)量一致。整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明熱融滑塌解譯數(shù)量略少于實(shí)際發(fā)生數(shù)量，解譯數(shù)量準(zhǔn)確率約為85.6%。

單個(gè)熱融滑塌面積驗(yàn)證通過(guò)實(shí)際面積與解譯面積對(duì)照。2021年1月考察期間對(duì)可可西里山一帶12 個(gè)熱融滑塌進(jìn)行了固定翼無(wú)人機(jī)航拍（分辨率為0.1 m），然后將航拍影像處理為數(shù)字正射影像（DOM），并在此基礎(chǔ)上提取了熱融滑塌的實(shí)際面積［圖2（a）］，再對(duì)照高分影像解譯面積［圖2（b）］進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明解譯面積略小于實(shí)際面積（表1），這可能是2019—2020 年期間熱融滑塌仍處于發(fā)育階段，面積有所擴(kuò)大，同時(shí)在這12處滑塌中，第三個(gè)滑塌高分解譯面積比DOM解譯的結(jié)果要大，對(duì)比分析后得出，主要原因是由于此處滑塌規(guī)模較小，約為1 000 m2，同時(shí)該幅高分影像色彩較暗，滑塌的邊界略微有些模糊，所以出現(xiàn)偏差。滑塌解譯過(guò)程中均是盡力貼合滑塌邊緣進(jìn)行，由于部分區(qū)域影像質(zhì)量有限導(dǎo)致解譯結(jié)果與實(shí)際存在偏差的情況盡量避免。整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明熱融滑塌解譯面積略小于實(shí)際發(fā)生面積，面積準(zhǔn)確率約為97.5%。

表1 熱融滑塌解譯結(jié)果與驗(yàn)證Table1 Thaw slump interpretation results and verification

圖2 遙感解譯面積驗(yàn)證Fig. 2 Remote sensing interpretation area verification： DOM validation （a）； high-resolution imagie interpretation （b）

地形地貌為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育提供了發(fā)育條件，在Arcmap 上對(duì)30 m DEM 進(jìn)行處理得到坡度、坡向圖，再利用分析工具中的空間連接功能將解譯的“熱融滑塌. shp”文件分別與高程、坡度、坡向進(jìn)行疊加，用熱融滑塌數(shù)量與面積所占百分比的形式來(lái)分析主要地形分布特點(diǎn)。

3 結(jié)果分析

3.1 可可西里熱融滑塌發(fā)育規(guī)模

熱融滑塌解譯結(jié)果（圖3）顯示，可可西里研究區(qū)2018—2019 年共發(fā)育熱融滑塌1 734 處，總面積約30.82 km2。熱融滑塌發(fā)育并不是均勻分布，而是集中在一些山地丘陵的緩坡地帶。如圖3 所示，比較集中的區(qū)域包括可可西里山北坡至卓乃湖一帶、五道梁鎮(zhèn)西側(cè)丘陵山地至錯(cuò)達(dá)日瑪帶、紅梁河西側(cè)丘陵山地集中分布區(qū)、北麓河周邊丘陵山地緩坡地帶、南部瑪曲鄉(xiāng)及色務(wù)鄉(xiāng)丘陵山地分布區(qū)。這些熱融滑塌面積大小差異較大，最大的1 處因多個(gè)熱融滑塌發(fā)育過(guò)程中規(guī)模擴(kuò)大逐漸連為一體，邊界難以劃分，整體面積約20×104m2，這種情況較少出現(xiàn)。絕大多數(shù)熱融滑塌獨(dú)立發(fā)育分布，邊界清晰，最小的1處面積僅約307 m2。

從滑塌發(fā)育規(guī)模統(tǒng)計(jì)結(jié)果［圖4（a）］可以看出，可可西里地區(qū)5 000 m2以下的熱融滑塌發(fā)育最多，共有469 處，約占總體數(shù)量的27%，但因這部分滑塌發(fā)育面積較小，面積占比較小，僅占滑塌總面積的4.34%；5 000 m2至1.0×104m2的熱融滑塌387處，約占總數(shù)量的22.32%，占總面積的9.13%；1.0～2.0×104m2的熱融滑塌399 處，約占總數(shù)量的23%，該部分滑塌面積占比最大，達(dá)18.33%，這三部分的熱融滑塌數(shù)量約占總數(shù)量的72%。由于熱融滑塌規(guī)模與發(fā)育時(shí)間、發(fā)育地區(qū)地理?xiàng)l件相關(guān)，一般情況下滑塌面積越大，其發(fā)育的數(shù)量也相應(yīng)越少。從解譯結(jié)果來(lái)看，可可西里地區(qū)熱融滑塌發(fā)育規(guī)模較小，大部分面積在2.0×104m2以下。

圖4 熱融滑塌規(guī)模及分布特征Fig. 4 Scale and distribution characteristics of thaw slump： scale（a）； elevation（b）； slope（c）； aspect（d）

3.2 可可西里熱融滑塌發(fā)育的地形特征

熱融滑塌發(fā)育受地形條件的影響，青藏高原各種自然因子與海拔高度密切相關(guān)。圖4（b）顯示了可可西里熱融滑塌數(shù)量與海拔高程的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。結(jié)果表明，有212處熱融滑塌分布在海拔4 700 m 以下的地區(qū)，占比約為12.23%，約占滑塌總面積的9.46%。海拔4 700～4 800 m 的范圍內(nèi)滑塌分布數(shù)量最多，共發(fā)育701 處熱融滑塌，約占總體數(shù)量的40.23%，面積占比達(dá)46.48%。超過(guò)4 800 m 后隨著海拔升高，每100 m 分段中滑塌數(shù)量逐漸遞減，面積占比也隨之減小。有525 處熱融滑塌分布在海拔4 800～4 900 m 的地區(qū)，約占總體數(shù)量的30.28%，面積約占27.45%；有160 處熱融滑塌分布在海拔4 900～5 000 m 的地區(qū)，數(shù)量占比約為9.23%，面積占比約9.15%；5 000～5 100 m 范圍的滑塌約85 處，數(shù)量占比約4.9%，面積占比達(dá)到3.64%；海拔5 100 m 以上熱融滑塌分布數(shù)量較少，共發(fā)育51 處，占總數(shù)量的2.94%，面積占比約為3.83%。由此可見(jiàn)，可可西里熱融滑塌主要分布在海拔4 700～4 900 m的地區(qū)，這是因?yàn)殡S著海拔升高，溫度降低，地下冰層處于穩(wěn)定狀態(tài)，熱融滑塌發(fā)育較少，極少數(shù)分布在5 100 m以上的地區(qū)。

在重力作用下坡度為地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，但坡度過(guò)大不利于水分在原地匯聚，也不利于厚層地下冰的形成；坡度過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力不足，物質(zhì)堆積在原地不滑動(dòng)?？煽晌骼锏貐^(qū)因山地分布面積較廣，地形坡度變化明顯，極高山地區(qū)最大坡度可達(dá)80°以上。由于該研究區(qū)內(nèi)熱融滑塌發(fā)育坡度較緩且較集中，故以2°為間隔對(duì)坡度進(jìn)行分組。圖4（c）顯示了熱融滑塌分布的坡度范圍，可以看出在0°～6°范圍內(nèi)隨著坡度增大，熱融滑塌發(fā)育數(shù)量增大。在0°～2°坡度范圍內(nèi)熱融滑塌發(fā)育數(shù)量較少，共發(fā)育125 處，約占總數(shù)量的7.21%，該區(qū)段滑塌面積較少，約占總面積的3.99%。在4°～6°坡度段滑塌發(fā)育達(dá)到最大值，共發(fā)育554 處，占滑塌總數(shù)量的31.95%，面積占比達(dá)到38.41%；其次2°～4°和6°～8°范圍內(nèi)均發(fā)育滑塌353 處，約占總數(shù)量的20.36%；8°～10°區(qū)間內(nèi)熱融滑塌共182 處，約占滑塌總量的10.5%，面積約占9.6%。坡度超過(guò)10°以后，隨著坡度增加各分段內(nèi)發(fā)育的熱融滑塌數(shù)量較少，其中10°～12°坡面上共發(fā)育滑塌103 處，約占滑塌總量的5.94%，占總面積的4.45%。坡度大于12°的坡面上地下水不易聚集，地下冰發(fā)育較少，滑塌極少發(fā)育，解譯結(jié)果顯示該區(qū)段共發(fā)育滑塌64個(gè)，占總數(shù)量的3.69%，面積僅占2.39%。

坡向差異影響地表接收的太陽(yáng)輻射量，進(jìn)而影響地表溫度、水分蒸散發(fā)以及地下冰厚度。青藏高原地區(qū)因海拔高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，坡向效應(yīng)明顯，凍土厚度與地下冰發(fā)育狀況存在顯著差異。以地理中正北方向?yàn)?°起點(diǎn)，順時(shí)針360°劃分八個(gè)坡向，每個(gè)坡向45°，其中0°～22.5°和337.5°～360°兩部分共同組成北坡向，22.5°～67.5°為東北坡向，依次類(lèi)推。圖4（d）顯示了熱融滑塌分布的坡向范圍，由圖可知，坡向N—NE 的熱融滑塌數(shù)量最多，其中北坡發(fā)育691 處，東北坡發(fā)育325 處，兩個(gè)坡向上分布的滑塌約占總體數(shù)量的58.77%，面積占比約達(dá)57.78%；正南坡向滑塌數(shù)量最少，共發(fā)育91 處，約占總數(shù)量的5.25%，面積占比僅4.66%。其余坡向上滑塌分布數(shù)量較均衡，東坡向發(fā)育155 處，數(shù)量占比8.94%；東南坡向分布117 處，占總數(shù)量6.75%；西南坡向發(fā)育111 處，占比6.4%；西坡發(fā)育114 處，占比6.57%，西北坡發(fā)育130 處，占比7.5%。由于受構(gòu)造作用影響，可可西里地區(qū)整體山系走向?yàn)楸蔽魑鳌蠔|東，山體陽(yáng)坡接收的熱量更多，地下冰含量較少，所以NW 坡向的滑塌分布數(shù)量較NE 向少。

4 討論

4.1 可可西里熱融滑塌發(fā)育條件

從成因上看，熱融滑塌發(fā)生的根本原因是多年凍土區(qū)受到擾動(dòng)而在坡面上發(fā)生的熱喀斯特過(guò)程。因此，熱融滑塌發(fā)育的地區(qū)所具備的基本條件為：厚層地下冰發(fā)育并且存在內(nèi)外擾動(dòng)條件使地下冰暴露。同時(shí)，地形條件為地下冰發(fā)育和熱融滑塌持續(xù)發(fā)展提供了可能。研究結(jié)果顯示，可可西里1 700 多個(gè)熱融滑塌大多數(shù)發(fā)生在2°～10°的坡面上，低緩的坡面利于地下水匯集，大于10°的坡面過(guò)陡，不利于地下水的富集形成冰。適宜的坡度也為活動(dòng)層滑脫和運(yùn)移滑塌體提供了動(dòng)力條件［30-32］，使滑塌后緣的地下冰處于持續(xù)暴露狀態(tài)，熱融滑塌過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。外界擾動(dòng)促使活動(dòng)層底部的地下冰融化，在多年凍土與活動(dòng)層之間形成脆弱的滑動(dòng)面后，上覆的土層便沿著坡面滑動(dòng)。擾動(dòng)因素包括自然因素和人為因素（表2），自然因素包括大小尺度區(qū)域性的氣候變化，如持續(xù)的氣候變暖、瞬間降雨增加、地表覆蓋層的自然變化、凍結(jié)層上水的變遷、河流湖泊流向改變導(dǎo)致的熱侵蝕，以及北極地區(qū)報(bào)道的森林野火等［30，33-34］，使富含冰的緩坡增加吸熱，導(dǎo)致凍土融化。地表溫度是導(dǎo)致地下冰融化的一項(xiàng)重要因子，結(jié)合程潔等［35］反演的地溫?cái)?shù)據(jù)，提取出可可西里熱融滑塌發(fā)生區(qū)的年平均地表溫度為-3.0～2.4 ℃，這些區(qū)域7—9 月的平均溫度在5.8～12.8 ℃之間。人為因素包括工程建設(shè)的開(kāi)挖擾動(dòng)、線(xiàn)性工程運(yùn)行帶來(lái)的震動(dòng)及熱源、人類(lèi)旅游活動(dòng)、過(guò)度放牧導(dǎo)致的植被退化、油管城鎮(zhèn)等的聚熱效應(yīng)等［36-37］。

表2 熱融滑塌發(fā)育條件Table 2 Thaw slump development conditions

熱融滑塌發(fā)育是一個(gè)持久、反復(fù)的過(guò)程，但并不是永不停止，也存在發(fā)育周期［38］，自然消亡需要存在以下條件之一：（1）滑塌壁后退過(guò)程中到達(dá)斜坡坡頂，滑動(dòng)面上沒(méi)有活動(dòng)層繼續(xù)坍塌補(bǔ)給，滑塌發(fā)育暫停；（2）熱融滑塌最重要的因素是多年凍土中發(fā)育的厚層地下冰，當(dāng)斜坡體地下冰全部融化完或者含冰量顯著降低，沒(méi)有足夠的地下冰融水形成軟弱滑動(dòng)面，坡面崩塌過(guò)程停止；（3）熱融滑塌發(fā)育過(guò)程中滑塌后壁暴露的地下冰被坍塌土體掩埋，或滑塌體土層經(jīng)過(guò)排水、固結(jié)后阻礙了后期滑塌體的滑動(dòng)。熱融滑塌則會(huì)停止發(fā)育，基本穩(wěn)定后滑塌體表面會(huì)有稀疏的植被生長(zhǎng)。根據(jù)調(diào)查，發(fā)育于青藏高原北麓河盆地的2 處熱融滑塌從20 世紀(jì)90 年代形成，經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展，目前已基本恢復(fù)穩(wěn)定。

4.2 可可西里熱融滑塌類(lèi)型及發(fā)展過(guò)程

結(jié)合野外考察，根據(jù)擾動(dòng)形式，可可西里地區(qū)的熱融滑塌主要有三大類(lèi)。第一種類(lèi)型為氣候因素（氣溫+降水）誘發(fā)型熱融滑塌［圖5（a）］。此類(lèi)熱融滑塌多由活動(dòng)層滑脫引起［39］，主要分布在低緩山體坡面。持續(xù)高溫和強(qiáng)降水天氣會(huì)造成多年凍土區(qū)凍土退化，引起地下冰融化，當(dāng)活動(dòng)層底部粉質(zhì)黏土遇水飽和后，孔隙水壓力升高，抗剪強(qiáng)度降低，形成軟弱滑動(dòng)面，引起活動(dòng)層滑脫。降水通過(guò)裂隙下滲對(duì)活動(dòng)層底部形成熱侵蝕，同時(shí)雨水沖刷搬運(yùn)滑塌體，使滑塌后壁地下冰暴露、融化，滑塌規(guī)模不斷擴(kuò)大。這類(lèi)熱融滑塌近些年來(lái)十分發(fā)育，與高原暖濕化的氣候密切相關(guān)［40］。

圖5 可可西里主要發(fā)育的熱融滑塌類(lèi)型Fig. 5 The main types of thaw slump that develops in Hoh Xil： Thaw slump caused by climate change on the northern slope of Fenghuo mountain（a）； a thaw slump caused by disturbances of Cuodarima Lake （b）； a thaw slump caused by excavation disturbance of K3035 on the Qinghai-Tibet Highway （c）

第二種類(lèi)型為河（湖）水沖刷型熱融滑塌［圖5（b）］。此類(lèi)熱融滑塌的主要誘發(fā)因素是河流或湖泊水對(duì)多年凍土區(qū)斜坡體坡腳處的沖刷與熱侵蝕。每遇暖季，河（湖）水量增加（主要是冰川或凍土融水），河（湖）水沖刷并掏蝕坡腳，導(dǎo)致坡腳處草皮脫落，加上河湖水的熱擾動(dòng)，地下冰的熱穩(wěn)定場(chǎng)受到擾動(dòng)，斜坡體從坡腳處開(kāi)始崩塌后退。這類(lèi)熱融滑塌突出的特點(diǎn)是地下冰埋藏非常淺，一旦地表裸露，地下冰極易融化并開(kāi)始滑塌。在北極河岸、海岸線(xiàn)一帶極易發(fā)生此類(lèi)熱融滑塌［12，41-42］。

第三種類(lèi)型為開(kāi)挖擾動(dòng)型熱融滑塌［圖5（c）］。此類(lèi)熱融滑塌一般位于大型工程的兩側(cè)，工程建設(shè)涉及的開(kāi)挖取土、震動(dòng)等，導(dǎo)致坡腳失穩(wěn)，地下冰層暴露，然后發(fā)生的熱融滑塌。最典型的一處位于青藏公路舊里程K3035 西側(cè)200 m 處。20 世紀(jì)90 年代青藏公路維護(hù)階段開(kāi)挖取土，擾動(dòng)坡腳所誘發(fā)。該處熱融滑塌活躍了近20年，2010年后滑塌速度減慢，目前趨于穩(wěn)定狀態(tài)，再未有繼續(xù)擴(kuò)大的跡象，滑塌區(qū)也開(kāi)始植被生長(zhǎng)。這類(lèi)熱融滑塌近些年來(lái)比較少見(jiàn)，主要與綠色環(huán)保的工程建設(shè)理念有關(guān)。

4.3 可可西里熱融滑塌災(zāi)害效應(yīng)

多年凍土是寒區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，對(duì)活動(dòng)層起支撐作用，影響地表溫度、土壤組分以及地表植被生長(zhǎng)狀況，對(duì)地表景觀起到重要作用。坡面一旦發(fā)生熱融滑塌，伴隨著地下冰的消融，將對(duì)地表環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣候環(huán)境以及基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生一系列的災(zāi)害效應(yīng)（圖6）。

圖6 熱融滑塌災(zāi)害效應(yīng)Fig. 6 Thaw slump disaster effects

熱融滑塌發(fā)生直接導(dǎo)致地表景觀格局改變，形成“牛皮癬”狀地貌［圖7（a）］，視覺(jué)上影響了高原景觀環(huán)境［40］。青藏高原地區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，因熱融滑塌導(dǎo)致地表裸露，促使高寒生態(tài)系統(tǒng)退化。植被遭破壞后土壤固著力下降加快了荒漠化進(jìn)程，一旦地表裸露，恢復(fù)至少需要50 年［43-44］。熱融滑塌發(fā)生導(dǎo)致活動(dòng)層加厚，縱向水平上打破水量平衡，地下冰融化釋放出早期凍結(jié)在地下的化學(xué)溶質(zhì)，甚至重金屬元素，這些物質(zhì)隨著泥流流入河流、湖泊或者擴(kuò)散在地表［圖7（b）］，會(huì)造成水環(huán)境的嚴(yán)重污染［45-46］。研究顯示全球碳匯區(qū)一半以上分布在多年凍土帶［47］，地下冰融化會(huì)釋放固結(jié)在凍土層的溫室氣體［48］，通過(guò)全球大氣循環(huán)對(duì)全球氣候產(chǎn)生影響，加速全球變暖。

圖7 熱融滑塌對(duì)工程與牧民生活的影響Fig. 7 The impacts of thaw slump on engineering and herders’ lives： the “psoriasis” shaped landform on the northern slopes of the Hoh Xil Mountain （a）； mud flows caused by melting underground ice on the southern slopes of Fenghuo Mountain merge into rivers （b）； a thaw slump of the Fenghuo Mountain in 2018 destroyed the Qinghai-Tibet Railway protective fence （c）； a thaw slump in the herdsmen’s residential area of Sewu Township （d）

隨著我國(guó)在青藏高原地區(qū)的工程建設(shè)運(yùn)行，凍土退化對(duì)工程及基礎(chǔ)設(shè)施的危害逐漸體現(xiàn)。多年凍土區(qū)一旦凍土溫度升高，凍土強(qiáng)度降低、承載力下降、誘發(fā)次生病害，對(duì)附近建筑及基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞。如2018 年發(fā)生在風(fēng)火山的一處熱融滑塌坍塌體摧毀青藏鐵路圍欄，堆積在路基一側(cè)，造成了嚴(yán)重的行車(chē)安全隱患［圖7（c）］。同時(shí)地下冰消融產(chǎn)生的泥流物沿坡面向下流動(dòng)，產(chǎn)生路基次生病害等一系列道路運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。熱融滑塌也會(huì)對(duì)可可西里牧民居住區(qū)產(chǎn)生破壞，如考察期間在色務(wù)鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)一處居民點(diǎn)，該處坡面發(fā)育大量的熱融滑塌，泥流物易造成部分房屋發(fā)生破壞［圖7（d）］。此外在風(fēng)火山西側(cè)一處輸油管道區(qū)，熱融滑塌產(chǎn)生的泥流物也影響到采礦工人的生活區(qū)。

5 結(jié)論與展望

在青藏高原多年凍土區(qū)，因受到氣候變化以及工程建設(shè)等的影響，近年來(lái)脆弱的凍土環(huán)境退化現(xiàn)象明顯。熱融滑塌是青藏高原快速發(fā)展的一種熱融災(zāi)害，從解譯結(jié)果以及野外考察情況來(lái)看，可可西里地區(qū)的熱融滑塌仍處于一個(gè)快速發(fā)育的階段，主要表現(xiàn)在數(shù)量增加以及規(guī)模上的擴(kuò)大。熱融滑塌發(fā)育的前提條件包括：（1）豐富的地下冰為熱融滑塌發(fā)生提供潛在滑動(dòng)面；（2）低緩的坡度提供足夠的匯水面積和滑坡體下滑動(dòng)力；（3）外界擾動(dòng)打破斜坡體上的熱量平衡。滑塌發(fā)育過(guò)程持久、反復(fù)，可可西里地區(qū)熱融滑塌多發(fā)育在海拔4 700～4 800 m、坡度為2°～10°、地下冰含量豐富的北向和東北向的山地、丘陵坡面。熱融滑塌發(fā)育階段地下冰融化導(dǎo)致表層覆蓋物失去支撐下沉并且后期發(fā)育過(guò)程中滑坡體下滑，破壞地表景觀，破壞生態(tài)系統(tǒng)，加快了高原荒漠化。同時(shí)地下冰融化打破水量平衡，釋放一些固結(jié)于冰層中的溶質(zhì)、氣體等對(duì)水體環(huán)境以及大氣循環(huán)造成影響。同時(shí)熱融滑塌體以及地下冰融水等會(huì)對(duì)周?chē)こ桃约爸車(chē)撩裆钤斐捎绊憽?/p>

目前的研究雖然已由小區(qū)域范圍擴(kuò)展到可可西里全域面上，由單一的點(diǎn)上監(jiān)測(cè)研究拓展到了面上的演化趨勢(shì)研究。但熱融滑塌形成的機(jī)理較為復(fù)雜，其主導(dǎo)因素存在區(qū)域性，需要針對(duì)不同的地貌單元、不同的凍土狀態(tài)和地下冰含量進(jìn)行深入的探究。此外，目前對(duì)區(qū)域性的熱融滑塌的易發(fā)性評(píng)估精度低，主要是缺乏可靠的地下冰含量的預(yù)測(cè)模型。希望下一步在這些方面能夠繼續(xù)深入研究，為熱融滑塌的全域評(píng)估提供較為精確的評(píng)價(jià)參數(shù)。可可西里地區(qū)僅為青藏高原的一小部分，掌握整個(gè)青藏高原地區(qū)熱融滑塌分布特點(diǎn)還需要開(kāi)展進(jìn)一步研究，致力掌握青藏高原地區(qū)熱融滑塌的發(fā)展特點(diǎn)，努力為工程選址、凍土環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)指導(dǎo)，減緩凍土退化速率，保護(hù)生態(tài)多樣性。